了解校舍的地震风险

地震可能造成灾难性的结构故障,特别是在大片建筑,如体育馆和礼堂。 这些设施往往具有宽柱无震室内,重屋顶短堤,以及高架式坐台,在地面摇晃时都会造成独特的弱点。 主要危害包括屋顶结构倒塌、长板短堤的隆起、无法再加固的砖墙的故障以及照明、声波板和高压电压等重非结构元素的倒塌。在地震活跃地区,校舍必须符合严格的建筑规范,如ASCE 7和国际建筑规范,具有震后抗力的类别。当地的地质条件,如土壤类型、液化潜力和靠近活断层等,都具有建筑影响风险。例如,软土壤放大了地震波,增加了对结构的需求。理解这些风险是每个设计决定的基础。

地震-震后设计的关键原理

弹性结构和弹性

低密度 — — 结构变形而不丧失强度的能力 — — 至关重要。 比如,钢瞬间框架在循环装载下可以发生巨大的塑性变形,在失败前吸收能量。在健身房和礼堂,高胶质钢质成员比脆性材料更受欢迎。 连接的设计必须能够以控制的方式产生,避免焊接或螺栓的裂痕。

强化基金会

深基(piles或caissons)可以通过不稳定的土壤层将负载转移至胜任的承载层. 皮尔帽和级束应该相互连接,以形成一个刚性基,防止差分和解. 地震隔离经常从基部开始:基部同位素(lastomeric 轴承或摩擦笔柱)将上层结构从地面运动中解开,减少向上传递的加速.

能源分散系统

辅助式坝盖装置——可视质坝盖、调制质坝盖或金属丰度坝盖——可安装在支架或地板之间,在大礼堂,可隐藏在墙体腔内或天花板以上,这些装置将动能转换为热,减少漂移和损坏。FEMA地震适应技术指南[提供了详细的例子。

结构裁员

多重负载路径确保了如果一个柱或托盘失败,替代路径会重新分配力量。 对于长宽屋顶的健身房,冗余的短线和二次框架防止逐渐坍塌。 钢筋钢筋在混凝土框中的连续强化也提高了强度。

非结构安全

非结构成分对住户构成最大的风险:悬浮天花板、灯光、记分板、声壳、戏剧操纵和座椅升降器都必须都固定或固定。 根据NFPA 13 和 ASCE 7 第13章,使用对角线或刚性连接来压压压高的上层物品是强制性的。 重悬挂元素如舞台压强器应该用地震束缚来固定。

体操设计策略

屋顶和隔膜行动

光栅顶一般是使用钢筋、空间框或胶质拱顶的长宽结构。 屋顶隔膜-通常为金属甲板,并设有混凝土顶层或胶合板-隔板-必须横向向垂直横向抗力系统转移。隔膜的弹性可造成负载分布不均匀;使用硬质隔膜(混凝土或复合钢甲板)可减少变形。地震关节(扩大或分离关节)将长的建筑物分割成独立移动的箱体,防止损坏。

横向系统选择

  • 运动阻力框架[(钢筋混凝土)提供开阔的内饰,但需要仔细的配制来限制漂移. 具有预合格连接的特殊瞬间框架(SMF)在高震区很常见.
  • 心心或偏心的支架框[具有更大的坚硬性,但必须置于围墙或封闭空间内;在健身房中,它们可以伪装在泥瓦墙内或漂白器后面。
  • 排耳墙(在现场播报混凝土或加固的泥瓦)是成本效益高但有碍——它们必须位于边界或服务核心。
  • 插管-受压支架(BRBF)在张力和压缩两方面均产生,提供出色的能量散射而无需扣杆.

列安克雷奇( Anchorage)

支持健身房屋顶的柱子必须具有为提升和翻转而设计的基线连接。 锚心螺栓必须深到足以发展完全的产量强度,而踏面应有足够的封闭加固。 在许多故障中,柱锚拉出导致了部分坍塌。

礼堂的设计策略

礼堂设计由于坡面层,座椅甲板(固定座位),高高的 ⁇ 形台式建筑,以及飞塔而增加了复杂性,飞塔是一座可能比礼堂屋顶高的上层建筑,如果不适当地融合,会产生软层或垂直不规则.

舞台和飞塔

飞塔本质上是一个高大的,狭长的框,面部开阔( ⁇ 开孔),这一开孔会产生横跨断面的不连续性,横向系统必须设计为在开孔周围转移剪切,通常在舞台的侧面和后方使用重钢短线或混凝土剪切墙. Gridiron, catwalks, 和钻角必须采用地震锚定式. 舞台地板本身通常是一个抬高的平台;它应该被设计为水平的横跨断面或与相邻的墙壁架.

空格

固定座椅升架通常被构建为分层混凝土板,这些板必须捆绑在主横向系统上. 隆起间隙的扩展关节可以允许独立运动. 嵌入式座椅可以产生必须用领带束或隔膜动作来抵抗的推力. ASCE 性能地点地震设计指南提供了详细的方法.

声学和建筑学元素

重声板、云顶和装饰性特征必须单独固定或固定。轻质织物板可以设计安全落地,但硬悬浮的天花板(木质或石膏)需要地震剪辑和断线。照明和声音的固定应达到ANSI E1.21 地震抑制标准。

基地隔离和坝坝系统

基地隔离对观众堂来说特别有效,因为那里精致的设备和悬浮的景物对加速十分敏感。 放在柱子下面的Elastomic轴承(铅-橡胶或高镀橡胶)使建筑周期延长,从而显著地减少了光谱加速。 然而,基地隔离需要在整个足迹下有一个连续的隔离平面,这对坡面的座椅具有挑战性。 单独隔离舞台房屋(部分隔离)是可能的,但需要仔细的界面设计。 对于健身房来说,由于成本的原因,基地隔离可能不太常见,但用于高性能改造。 补充粘度坝可以安装在吊杆端或车架之间,以添加坝体,而不会改变僵硬度。

定期维修和应急准备

地震阻力会随时间而减弱,而无需检查。 钢筋连接、混凝土裂缝、锚栓松动、隔膜上积存碎片都降低了性能。 全面的维护方案应包括每年检查关键连接、非结构锚地和灭火管道(这可能成为投射危险 ) 。 应急钻必须说明大型底板健身房在疏散方面的独特挑战,这些房顶有多个出口,礼堂座有中转道。 地震后检查规程(ATC-20)应当到位,关键结构要素(如防护架和坝)应当能够快速评估。 培训看守人员识别损伤迹象(清理柱、断裂的泥浆、转动天花格)可以防止震后发生二次塌陷。

绩效设计和成本考虑

传统的密码设计旨在保护生命安全,但可能允许造成数月内无法使用建筑物的重大损坏。 绩效设计(PBD)使业主能够设定更高的目标,比如即使在设计层面的地震之后立即使用。 对于高震区的学校建筑,PBD可以证明对基地隔离、管线细节和非结构的支撑来维持健身房和礼堂的运作,以发挥社区掩体或反应功能。 成本效益分析通常表明,增强地震设计的成本是项目总成本的-1-5%,而大地震后修复或更换的成本可以达到原建筑的30-50%。 FEMA福利成本工具包可以帮助校区评估缓解措施。

结论

设计抗震学校体育馆和礼堂需要多面性的方法,解决结构、非结构和业务风险。 通过应用先进的工程原则 — — 管道横向系统、能量消散、基地隔离和多余的负载路径 — — 建筑工匠和工程师可以创造空间,在严重地震期间保护生命和功能。 当地建筑规范提供了最低限度的基线,但基于性能的设计与主动维护可以实现更高的复原力。 随着地震研究的进步和建筑技术的改进,这些大容量的校舍可以成为社区中最安全的空间之一,在灾难发生后充当疏散避难所和聚集点。 归根结底,每投入一美元的地震安全是保护学生、工作人员和社区未来的直接投资。